操作系统中存储管理的基本原理
来源:互联网 发布:麦子学院php百度云 编辑:程序博客网 时间:2024/04/28 22:19
存储管理的基本原理
内存管理方法
内存管理主要包括内存分配和回收、地址变换、内存扩充、内存共享和保护等功能。
下面主要介绍连续分配存储管理、覆盖与交换技术以及页式与段式存储管理等基本概念和原理。
1.连续分配存储管理方式
连续分配是指为一个用户程序分配连续的内存空间。连续分配有单一连续存储管理和分区式储管理两种方式。
(1)单一连续存储管理
在这种管理方式
(2)分区式存储管理
为了支持多道程序
分区式存储管理引
分区式存储管理常
1)固定分区(nxedpartitioning)。
固定式分区的特点
2)动态分区(dynamic partitioning)。
动态分区的特点是
下面列出了几种常用的分区分配算法:
首先适配法(nrst-fit):按分区在内存的先后次序从头查找,找到符合要求的第一个分区进行分配。该算法的分配和释放的时间性能较好,较大的空闲分区可以被保留在内存高端。但随着低端分区不断划分会产生较多小分区,每次分配时查找时间开销便会增大。
下次适配法(next-fit):按分区在内存的先后次序,从上次分配的分区起查找(到最后{区时再从头开始},找到符合要求的第一个分区进行分配。该算法的分配和释放的时间性能较好,使空闲分区分布得更均匀,但较大空闲分区不易保留。
最佳适配法(best-fit):按分区在内存的先后次序从头查找,找到其大小与要求相差最小的空闲分区进行分配。从个别来看,外碎片较小;但从整体来看,会形成较多外碎片优点是较大的空闲分区可以被保留。
最坏适配法(worst- fit):按分区在内存的先后次序从头查找,找到最大的空闲分区进行分配。基本不留下小空闲分区,不易形成外碎片。但由于较大的空闲分区不被保留,当对内存需求较大的进程需要运行时,其要求不易被满足。
2.覆盖和交换技术
引入覆盖
交换
3.页式和段式存储管理
在前面的几种存储
地址空间:将源程序经过编译后得到的目标程序,存在于它所限定的地址范围内,这个范围称为地址空间。地址空间是逻辑地址的集合。
存储空间:指主存中一系列存储信息的物理单元的集合,这些单元的编号称为物理地址存储空间是物理地址的集合。
根据分配时所采用的基本单位不同,可将离散分配的管理方式分为以下三种
段式存储管理和段页式存储管理。其中段页式存储管理是前两种结合的产物。
(1)页式存储管理
1)基本原理。将
这种管理方式的优
2)页式管理的数据结构。在页式系统中进程建立时,操作系统为进程中所有的页分配页框。当进程撤销时收回所有分配给它的页框。在程序的运行期间,如果允许进程动态地申请空间,操作系统还要为进程申请的空间分配物理页框。操作系统为了完成这些功能,必须记录系统内存中
实际的页框使用情况。操作系统还要在进程切换时,正确地切换两个不同的进程地址空间到物理内存空间的映射。这就要求操作系统要记录每个进程页表的相关信息。为了完成上述的功能,—个页式系统中,一般要采用如下的数据结构。
进程页表:完成逻辑页号(本进程的地址空间)到物理页面号(实际内存空间)的映射。
每个进程有一个页表,描述该进程占用的物理页面及逻辑排列顺序。
物理页面表:整个系统有一个物理页面表,描述物理内存空间的分配使用状况,其数据结构可采用位示图和空闲页链表。
请求表:整个系统有一个请求表,描述系统内各个进程页表的位置和大小,用于地址转换也可以结合到各进程的PCB(进程控制块)里。
3)页式管理地址变换
在 页式系统中,指令所给出的地址分为两部分:逻辑页号和页内地址。CPU中的内存管理单元(MMU)按逻辑页号通过查进程页表得到物理页框号,将物理页框号 与页内地址相加形成物理地址(见图4-3)。上述过程通常由处理器的硬件直接完成,不需要软件参与。通常,操作系统只需在进程切换时,把进程页表的首地址 装入处理器特定的寄存器中即可。一般来说,页表存储在主存之中。这样处理器每访问一个在内存中的操作数,就要访问两次内存。第一次用来查找页表将操作数的 逻辑地址变换为物理地址;第二次完成真正的读写操作。这样做时间上耗费严重。为缩短查找时间,可以将页表从内存装入CPU内部的关联存储器(例如,快表)
(2)段式存储管理
1)基本原理。
在段式存储管理
2)段式管理的数据结构。
为了实现段式管理,操作系统需要如下的数据结构来实现进程的地址空间到物理内存空间的映射,并跟踪物理内存的使用情况,以便在装入新的段的时候,合理地分配内存空间。
·进程段表:描述组成进程地址空间的各段,可以是指向系统段表中表项的索引。每段有段基址(baseaddress)。
·系统段表:系统所有占用段。
·空闲段表:内存中所有空闲段,可以结合到系统段表中。
3)段式管理的地址变换。
在 段式管理系统中,整个进程的地址空间是二维的,即其逻辑地址由段号和段内地址两部分组成。为了完成进程逻辑地址到物理地址的映射,处理器会查找内存中的段 表,由段号得到段的首地址,加上段内地址,得到实际的物理地址(见图4—4)。这个过程也是由处理器的硬件直接完成的,操作系统只需在进程切换时,将进程 段表的首地址装入处理器的特定寄存器当中。这个寄存器一般被称作段表地址寄存器。
4.页式和段式系统的区别
页式和段式系统有许多相似之处。比如,两者都采用离散分配方式,且都通过地址映射机构来实现地址变换。但概念上两者也有很多区别,主要表现在:
·页是信息的物理单位,分页是为了实现离散分配方式,以减少内存的外零头,提高内存的利用率。或者说,分页仅仅是由于系统管理的需要,而不是用户的需要。段是信息的逻辑单位,它含有一组其意义相对完整的信息。分段的目的是为了更好地满足用户的需要。
·页的大小固定且由系统决定,把逻辑地址划分为页号和页内地址两部分,是由机器硬件实现的。段的长度不固定,且决定于用户所编写的程序,通常由编译系统在对源程序进行编译时根据信息的性质来划分。
·页式系统地址空间是一维的,即单一的线性地址空间,程序员只需利用一个标识符,即可表示一个地址。分段的作业地址空间是二维的,程序员在标识一个地址时,既需给出段名,又需给出段内地址。
转自:http://blog.sina.com.cn/s/blog_4c6403ed01000bbb.html
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